冰川储存着大量淡水资源,被誉为气候变化的天然“指示器”。在全球气候变暖背景下,全球绝大多数山地冰川呈加速退缩趋势,已对海平面、局地和区域水资源安全带来深刻影响,加大了冰川灾害发生的频率与强度。深入开展区域乃至全球冰川变化过程监测和机理分析,加强野外定位观测与实验室模拟相结合,已经成为国际冰川学研究的前沿领域和发展趋势,也是解决冰川变化引发海平面升降和水资源安全等问题的关键。本研究根据世界冰川服务处出版的冰川变化数据集和野外观测数据,选取资料时间较长的41条参照冰川作为研究对象,对近几十年参照冰川物质平衡过程、面积变化、冰川末端、平衡线高度及其气候敏感性、积累区比率以及冰川储量变化进行定量评估,并以乌鲁木齐河源1号冰川为实验对象,结合雪冰-能量物质平衡耦合模型对山地冰川物质平衡过程进行模拟,利用实测物质平衡观测值对模型模拟结果进行精度验证。主要研究结果如下:(1)41条参照冰川中仅有Engabreen glacier和Nigardsbreen glacier物质平衡与累积物质平衡为正,其余39条均呈负平衡状态,14条位于高纬度,25条在中纬度,Nigardsbreen glacier表现出较强正平衡为114mm,Helm glacier表现出强烈负平衡为-1208mm,Sarennes glacier消融量最多,亏损最严重;累积物质平衡变化过程划分为正平衡型、负平衡型以及正负交替型3种;区域物质平衡多年均值为-430 mm,年均亏损较多为欧洲中部,亏损较少是斯堪的纳维亚,空间上表现出典型区域性和纬度地带性特征,高加索和中东区域消融最快,斯瓦尔巴岛和扬马延岛最慢。(2)41条参照冰川在20世纪50年代初面积为2179.93km~2,21世纪初面积为2075.17km~2,共减少104.76km~2(5%),单条平均减小2.6km~2,约占5%,Peyto glacier面积减少最多,为4.8km~2,占该冰川面积的35%,Melville South Ice Cap面积无明显变化;参照冰川储量减少条数占95%,累积减少22.5km~3,约减小4%,年均变化率为0.07%,Devon Ice Cap NW储量减小最多,为11.6 km~3,每年减小0.28 km~3(2%),Columbia(2057)glacier和Melville South Ice Cap冰川储量保持不变。(3)单条/区域参照冰川末端变化整体上均呈退缩趋势,表现出间歇性前进的阶段性特征,South Cascade glacier退缩速率最快为24m/a,No.125(Vodopadniy)glacier退缩最慢为2.7m/a,北美西部参照冰川退缩速率最大,为14.3m/a,其他区域相差不大;参照冰川积累区比率介于0.15~0.65之间,平均值为0.45,绝大多数参照冰川积累区面积减小,消融区扩张,物质亏损,冰川退缩;1950-2016年仅有Nigardsbreen glacier冰川α_d为正,为4.9%,冰川目前正处在微弱稳定状态,33条冰川α_d均为负值,介于-0.3%~-57.7%之间,平均值为-22.3%,负α_d占据主导地位,99%的参照冰川处在不稳定状态。(4)31条参照冰川平衡线高度平均以28m/10a的速率上升,其中White glacier上升速率最快(74m/10a),14条参照冰川上升速率超过了平均值,仅有Helm glacier平衡线高度以6m/10a下降;敏感性分析发现Lemon Creek glacier、South Cascade glacier和Ts.Tuyuksuyskiy glacier无论气温升高(降低)1℃还是降水增加(减少)10%,平衡线高度上升(降低)幅度均不大,Place glacier、Wolverine glacier及White glacier对降水变化敏感,其余冰川平衡线高度变化对气温变化十分敏感。(5)雪冰-能量物质平衡耦合模型对乌鲁木齐河源1号冰川2018年4月28日至8月18日物质平衡模拟效果较好:实测物质平衡为-0.51(±0.11)m,模型模拟物质平衡为-0.48(±0.25)m,相差0.03 m,误差仅为5.8%,模型模拟冰川累积物质平衡过程与野外观测变化趋势较好吻合,对消融期冰川能量组分变化特征及贡献分析发现,冰川获得能量主要依靠净短波辐射和感热通量及穿透的短波辐射,净短波辐射是冰川表面融化的主要能量来源。净长波辐射、潜热通量以及冰川内部热传导是冰川损失能量的主要方式,净长波辐射损失能量占据主要地位。